DE60017294T2

DE60017294T2 - Elektromagnetische Ventilesteuerungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60017294T2
Application number: DE60017294T
Authority: DE
Inventors: Masaki Yokohama-shi Toriumi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JP2000213663A; DE60017294D1; EP1024253B1; US6247431B1; JP4258052B2; EP1024253A2; EP1024253A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung zum Öffnen und Schließen eines Ventils, wie z.B. eines Einlassventils oder eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors.
Eine japanische Patentveröffentlichung Kokai Nr. H09(1997)-60512 offenbart ein elektromagnetisches Ventilbetätigungssystem, das einen Anker und einen Ankerschaft (oder Ventilschaft) enthält, die miteinander über einen zweigeteilten Keil befestigt sind.
Die DE 197 28 348 gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 offenbart eine Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der einen Anker und eine Welle, die mit dem Anker verbunden ist, umfasst. Zwei Magnetspulen sind zum Bewegen des Ankers und damit des Ankerschafts zum Öffnen oder Schließen eines Ventils eines Motors vorgesehen. Zwischen einem Verbindungsloch des Ankers und der Außenseite des Ankerschafts ist ein Zwischenelement zwischengesetzt, das in einer Position bezüglich zu dem Ankerschaft mittels Vorsprüngen, die in eine Nut des Ankerschafts eingreifen, befestigt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung zu schaffen, die eine betriebssichere und einfach aufgebaute Verbindungsstruktur hat.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Da der Ankerschaft einen verjüngten Verbindungsbereich aufweist, der in das Verbindungsloch des Ankers eingepasst ist, welches so verjüngt ist, dass es über den verjüngten Verbindungsbereich gepasst ist, wird die Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Anker und dem Ankerschaft erhöht, und dadurch wird die Festigkeit der Verbindung erhöht. Dadurch ist die Verbindungsstruktur zwischen dem Anker und dem Ankerschaft sicher, frei gegenüber einem unerwünschten Lösen und frei von einem Bruch aufgrund des Lösens, betriebssicherer und dauerhafter.
Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die eine Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Verbindungsstruktur zwischen einem Anker und einem Ankerschaft, die in 1 gezeigt sind, zeigt.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einer Verbindungsstruktur gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Ventilbetätigungsvorrichtung enthält einen Anker 1 und obere und untere Magnetspulen 2 und 3, die auf beiden Seiten des Ankers 1 angeordnet sind. In diesem Beispiel ist die obere Magnetspule 2 eine Ventilschließ-Magnetspule, die auf der oberen Seite des Ankers 1 angeordnet ist, und die untere Magnetspule 3 ist eine Ventilöffnungs-Magnetspule auf der unteren Seite.
Ein Ankerschaft 4 erstreckt sich nach unten von der Mitte des Ankers 1. Der Anker 1 und der Ankerschaft 4 sind als eine einzelne integrale Einheit ausgebildet. Der Ankerschaft 4 tritt durch ein Mittelloch der unteren Magnetspule 3 in einer solchen Art und Weise hindurch, dass sich der Ankerschaft 4 in dem Mittelloch der unteren Magnetspule 3 hin- und herbewegen kann. Das untere Ende der Ankerwelle 4 stößt auf ein oberes Ende eines Ventilschafts 6 eines Ventils 5, welches in diesem Beispiel ein Einlassventil oder ein Auslassventil eines Verbrennungsmotors ist.
Eine Rückstellfeder 9 zum Drücken des Ventils 5 in die Ventilschließrichtung ist zwischen einem Federsitz 8, der fest auf dem Ventilschaft 6 montiert ist, und einer Sitzfläche 10, die in einem Zylinderkopf des Motors ausgebildet ist, angeordnet. In diesem Beispiel ist der Federsitz 8 an dem Ventilschaft 6 über einen Keil 7 befestigt.
Ein Federschaft 11 erstreckt sich nach oben von der Mitte des Ankers 1 in Ausrichtung mit dem Ankerschaft 4. Die obere Magnetspule 2 weist ein Mittelloch auf, das den Federschaft 11 in einer solchen Weise aufnimmt, dass es eine Hin- und Herbewegung des Federschafts 11 darin ermöglicht. Das untere Ende der Federwelle 11 stößt an das obere Ende des Ankerschafts 4 an.
Eine Rückstellfeder 13 zum Drücken des Ventils 5 in die Ventilöffnungsrichtung ist zwischen einem Federsitz 12, der an dem oberen Ende des Federschafts 11 befestigt ist, und einem anderen Federsitz 14 angeordnet. In diesem Beispiel ist der Federsitz 12 an dem oberen Ende des Federschafts 11 durch Presspassung befestigt, und der Federsitz 14 ist an einem Gehäuse der Vorrichtung befestigt.
Die Rückstellfeder 9 und 13 wirken als ein Paar zum Halten des Ankers 1 und des Ventils 5 im Normalzustand in einer Neutralstellung.
Das Ventil 5 wird durch Abschalten der oberen Ventilschließ-Magnetspule 2 geöffnet und dann durch Einschalten der unteren Ventilöffnungs-Magnetspule 3 eingeschaltet, um den Anker 1 nach unten zu ziehen. Der Anker 1 bewegt sich nach unten entgegen der Kraft der Rückstellfeder 9 und presst dadurch das Ventil 5 so, dass es sich abwärts in eine Öffnungsposition hebt. Das Ventil 5 wird durch Abschalten der unteren Ventilöffnungs-Magnetspule 3 abgeschaltet und dann wird die obere Ventilschließ-Magnetspule 2 eingeschaltet, um den Anker 1 nach oben zu ziehen. Entsprechenderweise bewegt sich das Ventil 5 nach oben durch die Kraft der Rückstellfeder 9 in eine geschlossene Position, bei der das Ventil 5 auf einem Ventilsitz (nicht gezeigt) aufliegt.
In diesem Beispiel sind der Anker 1 und der Ankerschaft 4 durch Reibschweißen unter Verwendung von Reibungswärme bei hohen Temperaturen zum Verschmelzen derselben verbunden.
Der Anker 1 weist einen Mittelverbindungsbereich auf, und der Ankerschaft 4 weist einen Verbindungsbereich auf, der mit dem Mittelverbindungsbereich des Ankers 1 verbunden ist. In dem in 2 gezeigten Beispiel definiert der Mittelverbindungsbereich des Ankers 1 ein Verbindungsloch 21, das in Mitte des Ankers 1 ausgebildet ist, und der Verbindungsbereich des Ankerschafts 4 ist ein oberer Endbereich (oder Kopf) 22, der in das Verbindungsloch 21 des Ankers 1 eingepasst ist. In dem Beispiel von 2 sind die Passflächen zu dem oberen Ende hin verjüngt ausgebildet. Der obere Endbereich 22 des Ankerschafts 4 ist wie ein Ventilkegel vergrößert, so dass der obere Endbereich 22 eine größere Querschnittsgröße hat, als der verbleibende Schaft des Ankerschafts 4. Der obere Endbereich 22 des Ankerschafts 4 weist eine äußere konische Fläche auf, so dass der Durchmesser sich allmählich zu dem oberen Ende 23 der Ankerwelle 4 hin verringert. In Übereinstimmung mit der Verjüngungsform des oberen Endbereichs des Ankerschafts 4 ist das Verbindungsloch 21 des Ankers 1 verjüngt, so dass es eine innere konische Fläche hat, so dass der Durchmesser des Verbindungslochs 21 sich allmählich zu dem oberen Ende hin verringert. Die äußeren und inneren konischen Passflächen sind miteinander durch Reibschweißen verbunden.
In dem Beispiel von 2 steht der obere Endbereich 22 des Ankerschafts 4 über den Anker 1 in einer Richtung wegwärts von dem Ventil 5 zu der oberen Magnetspule 2 hin hervor. Das obere Ende 23 des Ankerschafts 4 dient als eine Anlagefläche, auf dem das untere Ende des Federschafts 11 durch Aufnahme der Kraft der Rückstellfeder 13 anliegt. In diesem Beispiel hat das obere Ende 23 eine flache Fläche, zu dem die Achse des Schafts 4 senkrecht ist.
In diesem Beispiel ist der obere Endbereich 22 des Ankerschafts 4 in Form eines geraden Kreiskegelstumpfs ausgebildet, dessen Höhe größer als die Dicke des Ankers 1 ist.
Darüber hinaus ist der Anker 1 aus einem ferromagnetischen Material hergestellt, wobei der Ankerschaft 4 dieses Beispiels aus einem Material hergestellt ist, welches nicht magnetisch ist und eine geringere relative Dichte als das Material des Ankers 1 hat. In diesem Beispiel ist der Anker 1 aus Fe hergestellt, und der Ankerschaft 4 ist aus Ti oder TiAl hergestellt.
Der Federschaft 11 ist aus dem gleichen Material (Ti oder TiAl) wie der Ankerschaft 4 für eine Gewichtsverringerung hergestellt.
Diese Verbindungsstruktur zwischen dem Anker 1 und dem Ankerschaft 4 ist sicher, frei gegenüber einem unerwünschten Lösen und eines Bruchs aufgrund des Lösens, ist be triebssicherer und beständiger. Diese Verbindungsstruktur macht es einfacher, rechte Winkel durch einen Arbeitsvorgang nach dem Verbindungsvorgang zwischen dem Anker 1 und dem Ankerschaft 4 zu formen, und verhindert die Verschlechterung der Rechtwinkligkeit durch Lösen.
Die verjüngte Verbindungsstruktur vergrößert die Fläche der Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Anker 1 und dem Ankerschaft 4 und erhöht dadurch die Festigkeit der Verbindung. Diese Verbindungsstruktur erfordert keine Vergrößerung des Durchmessers des Ankerschafts 4. Der schlanke Ankerschaft 4 ist vorteilhaft bei der Verhinderung der Erhöhung der Ventilöffnungs- und Schließtaktzeit (Verschlechterung der Ansprechzeit) und des Verhinderns einer Erhöhung des elektrischen Stromverbrauchs.
Die nach oben verjüngte Gestaltung der Verbindungsflächen tragen dazu bei, zu verhindern, dass der Anker 1 abfällt, auch wenn die Verbindungsstruktur gelöst wird.
Das obere Ende des Ankerschafts 4, der nach oben von dem Anker 1 hervorsteht und an das untere Ende des Federschafts 11 anstößt, ist zum Verbessern der Verschleiß- und Abriebfestigkeit von Nutzen. Als Material des Ankerschafts 4, das nicht magnetisch zu sein braucht, ist es möglich, ein Material zu verwenden, das eine höhere Verschleiß- und Abriebfestigkeit aufweist oder ein Material zu verwenden, das eine Oberflächenhärtung zulässt, um dadurch die verschleißfeste Fläche 23 zum Anstoßen gegen den Federschaft 11 zu bilden.
Der Ankerschaft 4 des Materials, das die geringere relative Dichte aufweist, ist bei der Verringerung des Gewichts des beweglichen Teils von Nutzen, verbessert die Ansprechcharakteristik und verringert den Stromverbrauch.
3 zeigt eine Verbindungsstruktur zwischen dem Anker 1 und dem Ankerschaft 4 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform weist der Anker 1 ein sich abwärts verjüngendes Mittelverbindungsloch 24 auf, und der Ankerschaft 4 weist einen nach unten sich verjüngenden oberen Endbereich 25 auf, der in das Mittelverbindungsloch 24 des Ankers 1 eingepasst ist und mit dem Anker 1 durch Reibschweißen verbunden ist. Der obere Endbereich 25 des Ankerschafts 4 weist eine äußere konische Fläche auf, die einen Kreisquerschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich allmählich zu dem oberen Ende 26 des Ankerschafts 4 hin vergrößert. Das Verbindungsloch 24 des Ankers 1 weist eine innere konische Fläche auf, die einen Kreisquerschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich allmählich zu dem oberen Ende hin vergrößert.
Das obere Ende 26 des Ankerschafts 4 ist freigelegt durch das Verbindungsloch 24 in der oberen Fläche des Ankers 1 und wird als eine Anlagefläche verwendet, gegen die das untere Ende des Federschafts 11 anstößt. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist das obere Ende 26 des Ankerschafts 4 flach und mit der flachen oberen Fläche des Ankers 1 bündig.
Diese Verbindungsstruktur kann die gleichen Wirkungen, wie bei der ersten Ausführungsform erzielen, außer dass bei dem Anker 1 ein Abfallen im Falle des Lösens des Ankers 1 von dem Ankerschaft 4 nicht verhindert werden kann. Außerdem ist es einfach, die Fläche des oberen Endes 26, die als die Anlagefläche dient, zu vergrößern.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Ankerschaft ein Ventilschaft eines Motorventils sein.
In den dargestellten Ausführungsformen sind der Anker 1 und der Ankerschaft 4 miteinander durch Passen des oberen Endes des Ankerschafts in das Verbindungsloch, das in dem Anker ausgebildet ist, verbunden. Wahlweise kann jedoch der Anker 1 und der Ankerschaft 4 durch Reibschweißen zwischen Stirnflächen des Ankerschafts und des Ankers verbunden werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Modifikationen und Veränderungen der Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, sind für den Fachmann im Lichte der obigen Lehre ersichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Patentansprüche definiert.

Claims

Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung umfasst: einen Anker (1), der mit einem Verbindungsloch (21; 24) ausgebildet ist; wenigstens eine Magnetspule (2; 3) zum Bewegen des Ankers (1); und einen Ankerschaft (4), der mit dem Anker (1) zum Übertragen der Bewegung des Ankers (1) auf ein Ventil (5) verbunden ist, wobei der Ankerschaft (4) einen Verbindungsbereich (22; 25) aufweist, der in das Verbindungsloch (21; 24) des Ankers (1) eingepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (22; 25) des Ankerschafts (4) verjüngt ausgebildet ist, und dass das Verbindungsloch (21; 24) des Ankers (1) verjüngt ausgebildet ist, um dieses über den verjüngten Verbindungsbereich (22; 25) zu passen.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsloch (21; 24) des Ankers (1) eine innere konische Fläche aufweist, und wobei der verjüngte Verbindungsbereich des Ankerschafts (4) eine äußere konische Fläche aufweist, die in die innere konische Fläche des Verbindungslochs (21; 24) eingepasst ist.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ankerschaft (4) sich von dem Anker (1) in einer ersten Axialrichtung zu dem Ventil (5) hin erstreckt, und der Ankerschaft (4) sich durch das Verbindungsloch (21; 24) des Ankers (1) in einer zweiten Axialrichtung entgegengesetzt zu der ersten Axialrichtung bis zu einer Endfläche hin, die in die zweite Axialrichtung weist, erstreckt.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Ankerschaft (4) sich von dem Anker (1) in einer ersten Axialrichtung zu dem Ventil (5) hin erstreckt und der verjüngte Verbindungsbereich des Ankerschafts (4) sich entlang einer zweiten Axialrichtung entgegengesetzt zu der ersten Axialrichtung verjüngt.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verbindungsbereich durch Reibschweißen hergestellt ist.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei erste und zweite Magnetspulen (2, 3) zum Bewegen des Ankers (1) zwischen ersten und zweiten Magnetspulen (2, 3) vorgesehen sind; und wobei erste und zweite Rückstellfedern (9, 13) zum Halten im Normalfall des Ankers (1) in einer Neutralstellung vorgesehen sind.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Ankerschaft (4) sich durch die zweite Magnetspule (3) erstreckt, wobei der Anker (1) eine erste Fläche aufweist, die zu der ersten Magnetspule (2) weist, und eine zweite Fläche aufweist, die zu der zweiten Magnetspule (3) weist, wobei das Verbindungsloch (21; 24) sich zu der ersten Magnetspule (2) hin verjüngt und der verjüngte Endbereich des Ankerschafts (4) sich zu der ersten Magnetspule (2) hin verjüngt.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Ankerschaft (4) mit dem Anker (1) durch Reibschweißen zwischen dem verjüngten Endbereich des Ankerschafts (4) und dem Verbindungsloch (21; 24) des Ankers (1) verbunden ist, der sich verjüngt, um über den verjüngten Endbereich des Ankerschafts (4) gepasst zu sein.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Ventilbetätigungsvorrichtung außerdem einen Federschaft (11) umfasst, der sich durch die erste Magnetspule (2) erstreckt, wobei das Verbindungsloch (24) des Ankers (1) eine erste offene Endöffnung in einer ersten Fläche des Ankers (1) aufweist, die zu der ersten Magnetspule (2) hinweist, und eine zweite offene Endöffnung in einer zweiten Fläche des Ankers (1) aufweist, die zu der zweiten Magnetspule (3) hinweist, wobei der Ankerschaft (4) eine Endfläche aufweist, die in dem ersten offenen Endbereich des Verbindungslochs (24) freiliegt und so angeordnet ist, dass sie ein Ende des Federschafts (11) aufnimmt.
Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Anker (1) aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, und wobei der Ankerschaft (4) aus einem Material hergestellt ist, das nicht magnetisch ist und eine niedrigere spezifische Dichte als das Material des Ankers (1) hat.